KR20170126447A - 크로스플로우 리액터를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

크로스플로우 공정 리액터를 위한 방법(700)과 장치(100,300,500,600)가 개시된다. 개시된 예는 유체의 흐름이 유동하게 하는 유입구 및 유출구를 갖는 공정 챔버(102,302,504,604)와 상기 공정 챔버(102,302,504,604) 내부에 배치되고 상기 유체를 처리하기 위한 벌크 물질을 포함하는 복수의 트레이들(123,124,125,326,502,530,532,608)를 포함한다. 상기 예시적 장치는, 상기 유체를, 각각의 부분 흐름이 상기 복수의 트레이들(108,110,112,114,312,316,318,320,322,324,508,51,612)중의 적어도 한 트레이를 향해 유도되는 복수의 부분 흐름들로 분할하는 플로우 디렉터(123,124,125,326,502,530,532,608)를 포함한다.

Description

크로스플로우 리액터를 위한 방법 및 장치
본 발명은 일반적으로 리액터에 관한 것이며, 더 상세하게는, 크로스플로우 리액터를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
전형적으로, 크로스플로우 리액터의 일례로서 일체식 촉매 반응기는 예를 들어, 증기 발생을 위한 연소 공정과 같은 산업 공정으로부터 생성된 유체(예를 들어, 가스)를 처리하여 전기를 생산하는 데 사용된다. 종종, 특정 화합물은 특정 환경 및/또는 규제표준을 충족시키기 위해 산업 공정의 최종 유체에서 감소 및/또는 제거 될 필요가 있다.
일체식 세라믹 벌집 촉매 반응기(Monolithic ceramic honeycomb catalyst)가 일반적으로 사용되지만 비교적 고가이며 촉매 독 및 억제제에 대한 감소한 내성을 갖는다. 종종, 일체식 벌집 형 촉매는 세라믹 촉매와 세라믹 촉매를 함유 및/또는 위치시키는 강철지지 구조체 사이의 열 팽창의 현저한 차이로 인한 촉매 손상으로 인해 높은 파손율을 갖는다. 이러한 공지 된 일체식 촉매 벌집형 리액터는 전형적으로 벌크 촉매(예를 들어, 랜덤하게 충전된 촉매 등)와 종종 관련되는 낮은 가스 속도를 피하기 위해 사용된다. 이러한 낮은 속도 및/또는 고압 강하는 전형적으로 분쇄 및/또는 손상된 촉매 물질에 기인한다. 동일한 원리는 알려진 일체식 여과 장치를 벌크 여과 시스템과 비교할 때, 특히 고온의 유체 또는 변동하는 온도의 유체를 여과하는 동안 또는 벌크 열 회수 매체를 갖는 일체식 열 회수 대 일체식 열 회수 매체를 포함하는 재생 열 반응기를 비교하는 동안에 유효할 수 있다.
크로스플로우 리액터에 대한 방법 및 장치가 본 발명에 개시된다. 전형적으로 일체식 벌집형 촉매 반응기와 같은 촉매 반응기는 예를 들어 연료를 연소시켜 전기를 발생시키는 것과 같은 산업 공정으로부터 생성된 가스를 처리 및/또는 처리하는 데 사용된다. 이러한 반응기는 전형적으로 채널을 갖는 촉매 블록을 이용하고 촉매 물질(예를 들어, 귀금속 등)로 구성된다. 채널은 전형적으로 전체 촉매 블록을 통해 연장된다. 이러한 일체식 벌집형 촉매 반응기는 종종 세라믹 형 촉매 블록과 상기 촉매 블록을 유지 및/또는 장착하는 강철지지 구조체 사이의 열 팽창의 차이에 의해 유도되는 촉매 손상으로 인해 높은 파손율을 경험할 수 있다.
종종 일체식 벌집 촉매 반응기는 공지된 예에서 사용되는 벌크 물질 촉매와 관련된 속도의 감소를 피하기 위해 사용된다. 감소한 속도는 일반적으로 분쇄되거나 손상된 벌크 촉매 물질 및/또는 단일 채널(예 : 경로)을 통해 이동하는 공정 가스의 흐름으로 인해 발생하며, 이로 인해 공정 유체가 종종 벌크 촉매 물질의 단일 구획을 통해 흐를 때 상당한 압력 강하를 결과한다.
특히 일체식 여과기구를 벌크 여과 시스템과 비교하면서, 특히 고온의 유체 또는 온도가 변동하는 유체를 여과하는 동안 또는 벌크 열 회수 매체를 갖는 일체식 열 회수 대 일체식 열회수를 포함하는 재생 열 반응기를 비교하는 동안에 동일하게 적용될 수 있다.
여기 개시된 본 발명에 의해 해결되어야 할 과제는 전술한 결점을 극복하거나 적어도 감소시키기 위해 벌크 여과 시스템을 위한 크로스플로우 리액터 및/또는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 크로스플로우 리액터 및/또는 벌크 여과 시스템의 응용에서 증가한 산업 효율을 달성하는 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 첨부한 제1항의 특징을 포함하는 장치 또는 첨부한 제24항의 특징을 포함하는 방법에 의해 각각 달성된다. 본 발명의 유익한 구성은 하기 독립항 및/또는 기재들에 정의된다.
일 측면에서, 이러한 과제는,
유체의 흐름을 허용하는 유입구와 유출구를 갖는 공정 챔버와;
상기 공정 챔버 내부에 배치되고, 상기 유체와 상호작용하거나 또는 상기 유체를 처리하기 위한 벌크 물질을 포함하는 복수의 트레이들과;
상기 유체를 복수의 부분 흐름들로 분할하기 위한 플로우 디렉터로서, 각각의 부분 흐름은 상기 복수의 트레이들 중의 적어도 한 트레이를 향해 유도되는 것인, 상기 플로우 디렉터를,
적어도 포함하는 제1항에 따른 장치에 의해 충족될 수 있다.
본원에 개시된 실시예는 공지된 벌크 물질 시스템에서 일반적으로 보이지 않은 상당히 높은 유체 속도(예를 들어, 공정 가스 속도)를 유지하면서, 일체식(monolithic) 유형과 관련하여 바람직하게는 현저한 비용 절감을 허용하는, 벌크 물질, 특히 벌크 물질 촉매(예컨대, 무작위로 패킹된 촉매)의 사용을 허용한다. 본원에 개시된 실시예는 촉매 반응기 용기 내에 배치된 다수의 촉매 트레이를 통해 공정 유체를 효과적으로 흐르게 한다. 본원에 개시된 실시예는 벌크 물질를 통해 속도 감소 및/또는 현저한 압력 강하(예를 들어, 유속 저하 등)를 야기할 수 있는, 벌크 물질의 파쇄 및/또는 손상(예를 들어, 열 팽창으로 인한 손상 및/또는 열 팽창의 차이 등)을 감소시키고 및/또는 제거하기도 한다. 본원에 개시된 실시예는 또한, 리액터 플랜트가 더 작은 풋 프린트 또는 크기를 가질 수 있게 한다. 특히, 본원에 개시된 실시예는 공지된 일체식 벌집형 블록 리액터에 비해 유사한 크기 및/또는 소형을 가질 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "공정 챔버"라는 용어는, 예들 들어, 그것을 통해서 유동하는 액체 또는 가스와 같이, 유체(예를 들어, 공정 유체, 공정 부산물 등)를 가공, 처리, 여과 및/ 또는 반응시키는 데 사용되는 재료 및/또는 구조를 둘러싸는 챔버, 용기, 컨테이너(예를 들어, 중공 컨테이너) 및/또는 동봉물을 나타낸다. 본 명세서에 개시된 실시예에서 설명된 바와 같이, 공정 챔버는 임의의 적절한 형상일 수 있고 유체를 처리하기 위한 임의의 트레이의 배열을 가질 수 있다. 특히, 공정 챔버의 트레이들은 서로에 대해 수직 구성(예를 들어, 직렬 또는 순차적 배열), 서로에 대해 수평 배열(예를 들어, 서로 평행하게), 대각선 배열, 임의의 다른 적절한 공간 배열, 또는 전술한 위치 배열들의 임의의 조합으로 배열될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "벌크 물질"이라는 용어는 컨테이너 또는 용기에 배치되고 및/또는 무작위로 분포되며(예, 적층 및/또는 파일링된), 유체(예, 액체 및/또는 가스)가 둘레에, 통과하여, 내부에 또는 사이에 유동할 수 있는 수많은 대상물(예를 들어, 곡물, 플레이크, 펠렛, 볼, 디스크, 새들 및/또는 링 등) 일 수 있는 개별 벌크 물질을 지칭한다. 벌크 물질은 예를 들어, 불규칙 및/또는 규칙적인 형상의 고체 물질, 새들 형, 볼형, 디스크 형 또는 링형 물질의 이산 조각(예컨대, 곡물) 및 또는 분쇄된 물질 등을 포함할 수 있다. 벌크 물질은 예를 들어, 특정 크기의 입자, 크기 분포 및 특정 형상을 하거나 갖지 않는 입자로 이루어질 수 있다. 특히, 벌크 물질은 세라믹, 유리 또는 유리 - 유사 물질, 플라스틱, 촉매 물질로 구성될 수 있고 및/또는 촉매 활성이 되도록 처리될 수 있다(예를 들어, 결정화, 기상 증착 및/또는 다른 코팅 또는 재배 기술 등). 벌크 물질은 촉매 물질이 그 자체로 일부 화학적 영역에서 촉매적으로 활성이지만, 촉매적으로 활성인 물질이 일부 화학적 영역에서 촉매적으로 활성이 되도록 처리되는 베이스 물질이거나 베이스 물질로 구성되는 촉매 및/또는 촉매적으로 활성화된 물질을 추가로 포함할 수 있다. 따라서, "촉매 활성화"는 도핑 공정(예를 들어, 벌크 물질의 기본 구조에 촉매의 첨가) 및/또는 표면 처리 공정(예를 들어, 표면 증착, 코팅, 공핍 등) 및/또는 화학적 처리, 전기 화학적 및/또는 벌크 물질의 하부 베이스 물질의 촉매 활성을 증가시키는 몇몇 다른 전환 공정을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "플로우 디렉터"는 유체 흐름을 분할 및/또는 재-유도(re-direct)하는 기하학적 피쳐(feature) 또는 장치 또는 구조를 지칭한다. 기하학적 피처는 환형 갭, 용기의 형상, 가이드 등을 포함 할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 장치 또는 구조물은 개구, 파이프, 밸브, 플랩 및/또는 배플, 덕트, 오리피스 또는 편향 판과 같은 안내 요소 등을 포함할 수 있지만 그에 제한되지 않는다. 또한, "분할(divide)" 또는 "재-유도(re-direct)"는 또한 플로우 디렉터에 의한 흐름의 선택적 및/또는 제어 가능한 분할로서 이해되어야 한다. 따라서 상기 흐름의 분할은 상기 플로우 디렉터에 의해 포함되거나 상기 플로우 디렉터를 형성 /구성하는 수동 및/또는 능동 수단에 의해 달성 될 수 있다. 수동 수단의 예로는 레지, 노우즈, 돌출부, 함몰부, 개구부, 격자, 메쉬, 비조절식 블라인드 또는 오리피스 등을 포함하지만, 능동 수단의 예는 플랩(flap), 해치(hatch), 트랩(trap), 댐퍼(damper), 셔터, 밸브, 조정 가능한 블라인드 또는 오리피스 등을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "유체의 처리"는 물리적 원리(예를 들어, 흡수, 흡착, 여과, 열 확산, 중력, 관성, 열 전달, 전기 및/또는 자기력), 화학 물질(예, 반응물, 촉매) 및/또는 화학 반응(예를 들어, 촉매 적으로 지원되는 화학 반응)에 의해 화합물을 처리, 환원 및/또는 유체를 정화하는 것을 일컫는다. 본 명세서에서 사용되는 "유체의 처리"는 또한 유체의 전체 화학적 조성의 변화, 여과, 분별 및/또는 분리 등을 포함할 수 있는 유체의 처리를 지칭할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "유체와의 상호 작용"은 유체와 벌크 물질 또는 벌크 물질의 부분과의 화학적 및/또는 물리적 상호 작용 또는 화학 반응을 지칭할 수도 있다.
제1의 유리한 개선에서, 복수의 트레이들의 트레이의 개수는 복수의 부분 흐름들(partial flow streams)의 부분 흐름의 개수와 동일하다.
장치의 일부 대안적인 응용 예 또는 변형 예에서, 복수의 트레이들의 트레이의 개수가 복수의 부분 흐름들의 부분 흐름의 개수보다 작은 경우에 유리할 수도 있다.
본 발명의 장치의 또 다른 바람직한 개선에서, 적어도 하나 이상의, 바람직하게는 각각의 부분 흐름은 상기 복수의 트레이들 중의 다른 트레이들의 적어도 일부를 우회하면서(bypassing), 특히 플로우 디렉터에 의해 복수의 트레이들 중 전용 트레이로 유도되는 부분 흐름으로서 유도되는 것이다. 가장 바람직하게는, 상기 유도된 부분 흐름 각각은 상기 복수의 트레이들 중 전용 트레이 외에 어느 것도 우회하도록 유도되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 장치의 기본 개념을 개선하는 또 다른 대안적 또는 부가적인 측면에서, 상기 장치는 플로우 콜렉터(flow collector) 또는 리턴부(return)를 포함하여, 부분 흐름, 특히 유도된 부분 흐름이 복수의 트레이들 중의 하나의 트레이를 통과한 후에, 특히, 상기 트레이 내의 벌크 물질을 통과한 후에 또는 상기 트레이 내의 상기 벌크 물질에 의해 처리된 후에 상기 플로우 콜렉터 또는 리턴부를 향해 유도된다. 바람직하게는, 플로우 컬렉터 또는 리턴부는 부분 흐름을 트레이 내의 벌크 물질에 의한 처리 후에 공정 챔버의 유출구로 향하게 한다.
본 발명에 따른 장치의 일부 응용 예 또는 변형 예에서, 상기 장치가 역류 디렉터를 더 포함하면, 유익할 것이며, 상기 역류 디렉터는 부분 흐름의 적어도 일부, 특히 유도된 부분 흐름을 플로우 콜렉터 또는 리턴부를 향해 유도하며, 적어도 하나의 부분 역류로서 장치의 유입구를 향해, 플로우 디렉터 또는 복수의 트레이들 중 적어도 하나의 트레이의 입구 측으로 유도된다. 상기 역류 디렉터는 상기 장치 내에서의 공정 실행의 효율을 향상시키기 위해 상기 장치 내부의 부분 흐름의 일부를 재사용 또는 재처리하게 할 수 있다.
본 발명의 또 다른, 대안적인 또는 추가적인 측면에서, 상기 제1 및 제2 흐름은 실질적으로 유사한 유량을 갖는다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 장치는 리턴부를 더 포함하며, 상기 제1 및 제2 트레이는 각각의 부분 흐름이 상기 리턴부로 흐를 수 있게 하는 개구를 가지며, 상기 리턴부는 상기 유출구와 유체 연통한다.
상기 장치의 바람직한 응용에서, 벌크 물질이 불규칙적으로 또는 규칙적으로 형성된 고체를 포함하는 경우에 유익하며, 상기 불규칙적으로 또는 규칙적으로 형성된 고체는 바람직하게는 볼 형, 링 형 또는 디스크 형 바디 또는 새들을 포함할 수 있다. 일부 특수한 응용에서, 벌크 물질이 촉매를 포함하는 경우에 더욱 유리할 수 있다. 또한, 장치의 제1 또는 제2 트레이는 벌크 물질보다 작은 천공을 포함하는 표면을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 또 다른 개선에서, 장치의 플로우 디렉터는 제1 또는 제2 트레이 중 적어도 하나의 주위에 환형 갭(annular gap)을 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 구현 예에서, 상기 트레이들은 공정 챔버의 종방향을 따라서 서로에 대하여 위치한다.
본 발명의 제2의 대안적인 또는 추가적인 아이디어에서, 상기 목적은, 크로스플로우 리액터의 복수의 트레이들로서, 상기 트레이들은 벌크 물질을 함유하고, 상기 크로스플로우 리액터는 유체의 흐름을 허용하는 유입구 및 유출구를 갖는, 상기 크로스플로우 리액터의 복수의 트레이들과; 상기 트레이들과 상기 하우징 간의 환형 갭을 정의하는 상기 크로스플로우 리액터의 하우징을 포함하는 장치에 의해 달성될 수 있다. 상기 장치의 바람직한 어셈블리에서, 공정 챔버 및 복수의 트레이는 크로스플로우 리액터의 부품이고, 특히 크로스플로우 리액터는 상기 공정 챔버 및 상기 복수의 트레이를 포함한다.
이러한 제2 사상의 유익한 개선은 리턴부를 포함하고, 상기 트레이의 적어도 일부가 상기 리턴부와 유체 연통하는 개구를 갖고 상기 리턴부는 트레이로부터 유출구로 유체를 안내하는 것이다. 바람직하게는, 이러한 리턴부는 크로스플로우 리액터의 종방향 길이를 따라 가변적인 직경을 가지며, 이것은 크로스플로우 리액터 내부 및 특히, 개별 트레이들 가운데서 또는 가로질러 유량 및 그의 분포의 바람직한 설정, 조절 또는 제어를 허용하는 용이하면서도 효과적인 측정이다.
제2 사상의 또 다른, 대안적인 또는 추가적인, 바람직한 개선에서, 상기 트레이의 적어도 일부는 개구 근처에서 테이퍼 형상을 한다.
제2 사상의 또 다른, 대안적인 또는 추가적인, 바람직한 개선에서, 상기 트레이들과 하우징 사이의 상기 환형 갭은 크로스플로우 리액터의 종방향 길이에 따라 변하며, 이것은 크로스플로우 리액터 내부 및 특히, 개별 트레이들 가운데서 또는 가로질러 유량 및 그의 분포의 바람직한 설정, 조절 또는 제어를 허용하는 또 다른 대안 또는 추가 방법이다.
본 발명의 제3의 대안 또는 추가의 사상에서, 상기 목적은 크로스플로우 리액터의 복수의 트레이들로서, 상기 트레이들은 벌크 재료를 함유하고, 상기 크로스플로우 리액터는 유체의 흐름을 허용하는 유입구 및 유출구를 갖으며, 각각의 상기 트레이는 상기 크로스플로우 리액터의 종방향을 따른 갭에 의해 분리되고, 상기 트레이는 실질적으로 원통 형상을 갖는, 상기 크로스플로우 리액터의 상기 복수의 트레이들과; 상기 크로스플로우 리액터의 하우징으로서, 상기 하우징은 상기 트레이들과 상기 하우징 사이의 환형 갭을 정의하고, 실질적으로 원통 형상을 갖는, 상기 크로스플로우 리액터의 상기 하우징과; 상기 유출구 및 상기 트레이들 중의 적어도 일부와 유체 연통하는 리턴부로서, 상기 트레이들의 적어도 일부에서, 상기 유체의 일부는 상기 트레이들 내로 유동하고, 상기 벌크 물질에 의해 처리되어, 상기 리턴부로 유도되며, 상기 유체의 다른 부분은 상기 트레이 둘레에 유동하는, 상기 리턴부를 포함하는 장치에 의해 달성된다. 이 장치의 바람직한 어셈블리에서, 공정 챔버 및 복수의 트레이는 크로스플로우 리액터의 부품이고, 특히 크로스플로우 리액터는 공정 챔버 및 복수의 트레이를 포함한다. 이 아이디어의 바람직한 실시 예는 상기 리턴부가 크로스플로우 리액터에 대해서 중심에 위치될 때 실현될 수 있다.
다른 측면에서, 전술한 과제는,
공정 챔버를 통하여 부분 스트림으로 유체의 흐름을 분할하는 단계로서, 각각의 스트림은 사전-정의된 유량을 갖는, 상기 분할 단계와;
각각의 상기 부분 스트림을 상기 공정 챔버 내부에 배치되고 상기 공정 챔버의 종방향으로 서로에 대해 배열된 트레이들로 유도하는 단계로서, 각각의 트레이는 상기 유체와 상호작용하거나 상기 유체를 처리하기 위한 벌크 물질을 갖고, 상기 부분 스트림들 중의 적어도 두 개는 사전 정의된, 조절된, 조절 가능한 유량 및 유량 비를 갖는, 상기 유도 단계를,
적어도 포함하는 제24항에 따른 방법에 의해 충족될 수 있다.
바람직하게는, 상기 부분 스트림들 중의 적어도 두 개는 전용의 개별적인, 별도의 트레이들 또는 인접한 트레이들로 유도된다.
또한, 부분 스트림들 중의 적어도 두 개가 실질적으로 유사한 유량을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 방법의 일부 바람직한 응용에서, 공정 챔버는 촉매 반응기를 포함 할 수 있다. 촉매 반응기는 촉매 활성인 벌크 물질(즉, 그 자체로 촉매 활성인 물질), 촉매 활성화되거나 촉매 제조된 벌크 물질(즉, 일부 촉매 활성 부분을 운반하거나 발현하도록 제조된 물질 - 예를 들어 표면 코팅 또는 침착 등에 의해), 및/또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있거나 이로부터 선택될 수 있다.
본 방법의 또 다른 개선에서, 상기 방법은 트레이를 빠져나가는 부분 스트림들을 출구 유동으로 결합하는 단계를 더 포함 할 수 있다.
상기 트레이들의 적어도 일부가, 상기 부분 스트림들이 공정 챔버를 빠져나가기 위해 상기 공정 챔버의 중앙 리턴부와 유체 연통하는 개구를 가질 때에, 본 방법의 또 다른 개선이 수행될 수 있다.
상기 방법의 일부 바람직한 응용에서, 유체와 상호 작용하거나 상기 유체를 처리하기 위한 벌크 물질은 불규칙적으로 및/또는 규칙적으로 형상화된 고체로부터 선택되거나 또는 불규칙적으로 및/또는 규칙적으로 형상화된 고체를 포함하며, 상기 불규칙적으로 또는 규칙적으로 형상화된 고체는 바람직하게는 볼 형, 링 형, 디스크 형 바디 또는 새들로부터 선택된다.
본 방법의 또 다른 개선에서, 유체의 흐름을 분할하는 단계는 흐름의 일부가 트레이의 외부 표면을 둘러싸는 환형 갭을 통해 유동하는 것을 허용하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 본 출원의 개시에 따른 일 예시적 크로스플로우 리액터를 도시한다.
도 2a는 도 1의 상기 예시적 크로스플로우 리액터의 리턴부(return)의 일부 및 예시적트레이의 단면도를 도시한다.
도 2b는 상기 크로스플로우 리액터의 종방향을 따른 도 1의 상기 크로스플로우 리액터의 부분 단면도이다.
도 3은 본 출원의 개시에 따른 다른 예시적 크로스플로우 리액터의 부분 단면도이다.
도 4a는 도 3의 상기 크로스플로우 리액터의 예시적 트레이의 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 A-A 선을 따른 도 3의 예시적 트레이의 다른 단면도이다.
도 4c는 도 3의 상기 예시적 트레이의 외부면의 상세도이다.
도 5는 수평 구성의 일 예시적 크로스플로우 리액터를 도시한다.
도 6은 수평 구성의 다른 예시적 크로스플로우 리액터를 도시한다.
도 7은 본 출원의 개시에 따른 일 예시적방법의 흐름도이다.
도면들은 일정한 비율이지 않다. 대신에, 다수의 층 및 영역을 명확히 하기 위해, 층의 두께가 도면에서 확대될 수 있다. 가능하면, 동일 또는 유사한 부분을 나타내기 위해 첨부된 설명 및 도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호가 사용된다. 이 특허에서 사용된 것처럼, 어떤 부분(예: 층, 필름, 영역 또는 플레이트)이 다른 부분에 어떤 식으로든 위치지정(예: 위치지정, 위치, 배치 또는 형성등)된다고 말하는 것은, 참조된 부품이 다른 부품과 접촉하거나 참조된 부품이 그 사이에 위치한 하나 이상의 중간 부품을 사용하여 다른 부품 위에 있음을 의미한다. 어떤 부분이 다른 부분과 접촉한다는 것은 두 부분 사이에 중간 부분이 없다는 것을 의미한다.
본 명세서에 기재된 바와 같이, 도 1은 본 발명의 개시에 따른 예시적인 크로스플로우 리액터(100)를 도시한다. 예시적인 크로스플로우 리액터(100)는 공정 챔버(예를 들어, 하우징, 용기, 인클로저,외부면 등)(102), 유입구(예를 들어, 유체 유입구)(104), 유출구(등)(예를 들어, 유체 유출구, 배기구 등)(106), 이 예에서 일반적으로 원통형인 트레이(예를 들어, 촉매 트레이, 반원 또는 테이퍼 부분을 갖는 원통형 트레이 등)(108, 110, 112) 및 하부 트레이(예를 들어, 하부 촉매 트레이)(114)를 포함한다. 도시된 예의 트레이(108, 110, 112, 114)는 벌크 물질(예를 들어, 임의로 분포된 물질)을 함유한다. 트레이(108, 110, 112, 114) 내에 저장된 벌크 물질은 새들 형, 볼 형 촉매, 디스크 형, 링 형 촉매 및/또는 임의의 다른 적절한 유형의 고체 일 수 있다. 일부 바람직한 예에서, 벌크 물질은 벌크 촉매 및/또는 촉매 활성화된 벌크 물질로 구성되거나 포함한다. 이 예에서, 트레이(108, 110, 112)는 기하학적 관점(예를 들어, 동일한 설계 및/또는 치수 등)에서 실질적으로 동일하다.
예시된 예의 트레이(108, 110, 112, 114)는 각각 상부 표면(116, 118, 120, 122)을 가지며, 상기 상부 표면의 각각은 유체가 그를 통해 흐를 수 있도록 천공된다. 이 예에서, 상부 표면(116, 118, 120, 122)은 제거 가능한 커버이다. 예시적인 트레이(108, 110, 112)는 반 원추형 테이퍼를 갖는 대체로 원통형인 형상을 가지며 챔버(102)에 대해서 그들 둘레 주위에 각각의 환형 갭(123, 124, 125)을 각각 정의한다. 이 예에서, 상기 트레이(108, 110, 112)는 각각 개구(예를 들어, 크로스플로우 개구, 리턴 개구 등)(128, 130, 132)를 통해 중앙 리턴부(central return)(예를 들어, 중앙 파이프)(126)와 유체 연통한다. 이 예에서, 중앙 리턴부는 유출구(들)(106)와 유체 연통하는 하부면(예를 들어, 출구 개구(들))(134)을 갖는다. 예시된 실시예의 하부 트레이(114)는 또한, 유체가 통과하도록 허용하는 하부 천공 표면(136)을 가지며 트레이(108, 110, 112)와는 대조적으로 환형 갭을 갖지 않는다(예를 들어, 상부 표면(122)은 공정 챔버(102)의 내벽으로 실링된다). 도시된 예의 중앙 리턴부(126)은 플로우 콜렉터 또는 리턴부의 일 예시이다.
작동 중에, 유체(예를 들어, 공정 유체, 공정 가스, 공정 액체 등)는 유입구(104)에 제공되고 일반적으로 유출구(106)를 향하여 하향하는 방향으로 흐른다.
결과적으로, 유입구 흐름으로부터 분할된 적어도 제1 유체 부분 스트림(fluid partial stream)(예를 들어, 제1 부분(first portion), 제1 분할 스트림 등)은 제1 트레이(108)의 상면(116)을 향해 이동하여, 상부 표면(116) 상에 존재하는 천공, 격자(grating) 및/또는 임의의 형태의 개구(들)을 통해 트레이(108) 내로 흘러 유체를 처리하도록 트레이(108) 내에 포함된 촉매 물질을 통해 유체가 흐를 수 있도록 허용한다. 화살표(138)는 일반적으로 제1 유체 부분 스트림의 흐름 방향을 나타낸다. 제1 유체 부분 스트림이 상부 트레이(108)를 통해 흘러 촉매 재료에 의해 처리된 후, 제1 유체 부분 스트림은 개구(128)를 통해 중앙 리턴부(126)를 향한다. 제1 유체 부분 스트림 흐름이 유입구 흐름으로부터 분할되는 한편, 상기 유체의 제2 유체 부분 스트림은 상기 유입구 흐름으로부터 분할되고 화살표(140)로 일반적으로 표시된 바와 같이 제1 트레이(108) 둘레에 유동함으로써 상기 제1 트레이(108)를 우회하여 환형 갭(123)을 통해 트레이(110)를 향해 유동한다.
일부 예에서, 부분 스트림을 세분하는 것은 인접한 트레이들의 적어도 일부가 실질적으로 유사한 유량을 가질 수 있게 한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 유체 흐름을 세분하는 것은 크로스플로우 리액터 전체에 걸쳐 실질적으로 유사한 유량을 결과할 수 있다(예를 들어, 최상부 트레이는 바닥 트레이와 실질적으로 유사한 유량을 갖는다). 본 명세서에서 사용되는 "실질적으로 유사한"은 인접하거나 인접하지 않을 수 있는 2개의 유체 흐름 부분 스트림 사이의 체적 유량, 유체 속도 또는 압력 비가 약 0.5 내지 1.5의 범위, 바람직하게는 약 0.75 내지 1.25의 범위,보다 더 바람직하게는 적어도 1.0 ± 10% 또는 이상의 범위인 것을 의미한다.
본원에 기술된 크로스플로우 리액터(100)의 개별 트레이를 통한 실질적으로 유사한 유량과는 달리, 본 발명의 일부 대안적인 응용들에 있어서, 크로스플로우 리액터(100)의 개별 트레이 사이의 정의된 및/또는 정의 가능한 및/또는 조절 가능한 유량 비율이 유리할 수 있다. 조절 가능한 유량은 개별 트레이의 성능 특성이 일부 확산 및/또는 시간이 흐르면서 비균질적으로 진화하는 경우, 상기 크로스플로우 리액터(100)의 전체 성능을 보다 잘 제어 할 수 있게 한다. 또한, 개별 트레이는 이 트레이, 특히, 이 트레이 내부의 벌크 물질의 개별 유지 보수(예를 들어, 벌크 물질에 적용되는 청소 및/또는 재 활성화 공정, 벌크 물질의 대체 등)를 허용하게 유량 비율을 조정하도록, 예를 들어, 기계적 장치(예: 바이 패스 밸브)에 의해 유입 유체를 처리하지 못하게 할 수 있다.
유사하게, 도시된 예의 제5 부분 스트림은 일반적으로 화살표(146)로 표시된 바와 같이 트레이(112)로 흐르고, 제6 부분 스트림은 트레이(112)를 우회하여 일반적으로 화살표(148)로 표시된 바와 같이 제3 트레이(112)를 둘러싸는 환형 갭(125)을 통해 챔버(102)에 대해 환형 갭을 갖지 않는 하부 트레이(114)의 상부면(122)을 향하여 유동한다. 그리고 나서, 제6 부분 유체 스트림은 화살표(150)에 의해 일반적으로 표시된 바와 같이, 하부 트레이(114) 내부에 포함된 벌크 촉매 물질을 통해 및 하부 표면(136)을 통해 하부 트레이(114)를 향해 유동한다. 제6 부분 유체 스트림은 유출구(106)를 통해 크로스플로우 리액터(100) 밖으로 배출된다. 특히, 하부 트레이(114)를 빠져나온 흐름은 중앙 리턴부(126)로부터의 흐름과 결합한다.
일부 예에서, 챔버(102)의 내부 직경(예를 들어, 내부 직경, 챔버 직경 등)에 대한 트레이(108, 110, 112)의 각각의 직경 간의 비율은 0.6 내지 0.99, 바람직하게는 0.8 내지 0.99 범위일 수 있다. 트레이를 둘러싸는 환형 갭으로 향하는 흐름의 양은 트레이(108, 110, 112, 114)의 유입구 상부면(116, 118, 120, 122) 및/또는 트레이(114)의 하부 표면(134)에 사용된 천공 및/또는 격자(grating)에 기반하여 다를 수 있다. 트레이(108, 110, 112) 둘레에 또는 트레이(108, 110, 112)를 통해, 하부 트레이(114)를 통해 및/또는 리턴부(126)를 통해 부분 스트림을 분할하는 것으로부터 실질적으로 유사한 유동이 발생한다는 것이 일반적으로 관찰되었다. 특히, 일부 예들에서, 트레이의 환형 갭과 각각의 트레이를 통해 유동하는 유량 간의 유량 비는 0.2 내지 1의 범위 일 수 있다. 일부 예에서, 유량 비는 약 0.25일 수 있다(예를 들어, 흐름의 25%가 트레이로 흐르고, 75%가 트레이 주위의 각각의 환형 갭으로 흐른다). 설명된 비율은 단지 예일 뿐이고 변동할 수 있다. 트레이 당 유량 비는 본 실시예에 따른 특정 실시예에서 트레이의 수에 의존하거나 또는 그렇지 않을 수 있으며, 따라서 여기에 개시된 예는 도시된 예의 도시된 트레이의 수에 제한되지 않는다.
일부 예에서, 트레이(108, 110, 112, 114)는 충전 높이의 상대적인 결정을 유지하기 위해 상이한 높이 및/또는 내부에 포함된 상이한 촉매의 양을 갖는다(예를 들어, 트레이(114)는 트레이(108, 110, 112)보다 2-10% 높은 충전 높이)를 갖는다. 이 예에서, 트레이(108, 110, 112)는 벌크 물질(예, 벌크 촉매 물질)의 높이가 약 1150mm이지만, 트레이(114)는 벌크 물질(예, 벌크 촉매 물질)의 높이가 약 1225mm이다. 도시된 예에 도시된 치수는 단지 치수이며, 따라서 애플리케이션 및/또는 특정 공정과 관련하여 크게 변할 수 있다.
상기 흐름을 부분 스트림으로 분할하고 상기 부분 스트림을 상이한 트레이로 유도함으로써, 크로스플로우 리액터(100)는 상기 크로스플로우 리액터(100)의 전체 길이를 따른 현저한 압력 감소 없이, 트레이(108, 110, 112, 114)를 통한 효과적인 유동(예를 들어, 상대적으로 낮은 손실 유동)을 허용한다. 개별 트레이로 상기 벌크 물질(예를 들어, 벌크 촉매 물질)을 분리하는 것은 크로스플로우 리액터(100)의 대응 길이를 따라 상당히 적은 압력 손실을 허용하고, 벌크 물질 촉매의 분쇄를 회피하며, 이는 추가적인 압력 손실 및/또는 유체의 속도 손실을 이끌 수 있다. 특히, 임계 높이 대 중량 비는 촉매 물질이 파쇄되는 것을 방지하기 위해 충족된다. 일부 예들에서, 중량에 대한 바람직한 높이 범위는 0.0 내지 2.0 일 수 있다. 도시된 예의 중앙 리턴부(126)는, 일단 유체가 트레이(108, 110, 112)를 통과 및/또는 처리되면 유체가 흐르기 위한 비교적 저손실의 중앙 도관을 제공함으로써 압력 손실의 감소를 용이하게 한다.
도시된 예의 트레이(108, 110, 112) 각각은 챔버(102)에 대해 실질적으로 균일한 환형 갭을 정의하지만, 다른 예에서, 트레이(108, 110, 112)를 둘러싸는 환형 갭은 크로스플로우 리액터(100)의 종방향 길이를 따라 변할 수 있으며(예, 협소하거나 넓게) 및/또는 트레이들(108, 110, 112) 둘레의 환형 갭은 서로 상이할 수 있다. 예시된 예의 환형 갭은 유동을 부분 스트림으로 재-유도(re-direct) 또는 분할하기 위해 분배 장치로서 사용되지만, 임의의 적절한 유형의 플로우 디렉터(flow direcor)를 사용하여 부분 스트림을 분할하고 및/또는 상기 부분 스트림을 각각의 트레이(108, 110, 112 및/또는 114)로 유도할 수 있다. 일부 실시예는 개구, 파이프, 밸브, 플랩 및/또는 스포일러, 배플, 덕트, 오리피스 또는 편향 판과 같은 안내 요소를 포함하지만 그에 제한되지는 않는 분배 장치를 사용할 수 있다. 트레이(108, 110, 112)는 일반적으로 이 예에서 동일하지만, 트레이(108, 110, 112)의 기하학적 구조, 형상, 크기, 유형 및/또는 양은 서로에 대해 변할 수 있다. 특히, 트레이(108, 110, 112 및/또는 114)는 상기 트레이(108, 110, 112 및/또는 114) 간에 유동을 더욱 균일하게 분배하기 위해 다양한 기하학적 구조를 가질 수 있고/있거나 상이한 양의 벌크 물질(예, 벌크 촉매 물질)을 내부에 가질 수 있다.
도 2a는 도 1의 예시적인 크로스플로우 리액터(100)의 예시적인 리턴부(126)의 일부와 예시적인 트레이(108)의 단면도를 도시한다. 도 1과 관련하여 전술한 바와 같이, 트레이(108)는 이 예에서 천공된 상부면(116)을 갖는다. 도시된 예의 트레이(108)는 촉매 저장실(206), 격자형 플랫폼(208), 제2 천공 표면(209), 개구(128)를 통해 리턴 챔버(212)(예를 들어, 리턴부(126)의 중앙 개구)와 유체 연통하는 원추형 부분(210)을 정의하는 원통형 외부 벽(202)도 갖는다. 도시된 예의 리턴부(212)가 리액터(100)의 중앙 위치에 도시되어 있지만, 리턴부(212)는 중심에서 벗어나거나 또는 리액터 내부의 임의의 적절한 위치에 배치될 수 있다. 도시된 예의 리턴 챔버(212)는 다른 예의 플로우 콜렉터 또는 리턴부이다.
이 예에서, 천공된 상부 표면(116)은 촉매 저장실(206)에 저장된 벌크 물질(예, 벌크 촉매 물질)이 트레이(108)로부터 유동 및/또는 변위 되는 것을 방지한다. 일부 예에서, 트레이(108) 내부에 포함된 볼 형 촉매는 크기가 대략 1/8 "내지 3/16"일 수 있고, 유체의 최소의 유체 이동 또는 변동을 가지며 트레이(108)로부터 나오기에 충분히 가볍기 때문에, 상부 표면(116)은 촉매가 상기 트레이(108) 밖으로 나오는 것을 방지한다. 도시된 실시예의 격자형 플랫폼(208)은 도 2a의 관찰 방향의 배향으로 상부에 위치된 천공 표면(209)을 구비한다. 상기 천공 표면(209)은 저장실(206)의 벌크 물질(예를 들어, 벌크 촉매 물질)이 중앙 리턴부(212)로 흘러들어가는 것을 방지하기 위해 격자형 상면(116)과 유사하거나 동일한 천공 패턴을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 격자형 플랫폼(208)은 바닥 천공된 표면(209)에 기계적 및/또는 구조적 지지를 제공한다. 일부 예에서, 중앙 리턴부(126), 격자형 플랫폼(208) 및/또는 천공된 표면(209)은 예를 들어 트레이(108)에 결합(예를 들어, 용접)될 수 있다.
작동 중에, 부분 유체 스트림은 상부 표면(116)의 천공을 통해 그리고 일반적으로 화살표(214)로 표시된 방향으로 원추형 부분(210)을 향해 그리고 일반적으로 화살표(216)로 표시된 바와 같이 개구(128)를 통해 중앙 리턴 개구(212)로 유동한다. 특히, 부분 유체 스트림은 상부 표면(116)의 개구(예를 들어, 천공, 격자, 원형 개구 및/또는 직사각형 개구, 육각형 개구 등)를 통해 트레이(108)로 진입하고, 촉매 저장실(206) 내에 저장된 벌크 물질(예를 들어, 벌크 촉매 물질)을 통과하고 다음으로, 천공 표면(209)을 통과하고 격자형 플랫폼(208)을 통과하여 벌크 물질(예를 들어, 벌크 촉매 물질)을 함유하지 않는 원추형 부분(210)으로 진입한다. 부분 스트림이 중앙 리턴부(212) 내로 유동한 후, 부분 스트림은 중앙 리턴부(212)을 통해 유출구(106)를 향하여 하향으로 향하게 된다. 도시된 예의 촉매 저장실(206)의 높이 및/또는 폭은 촉매 물질에 대한 필요한 요구 사항(예 : 높이 대 중량 비, 필요한 체류 시간 및/또는 최대 허용 압력 강하 요건 등)을 충족하도록 설계되거나 명시될 수 있다.
이 예에서, 트레이(108)의 높이 대 직경 비를 약 0.7로 유지하기 위해, 트레이(108)는 전체 높이에서 대략 2000 mm(밀리미터)로 크기가 정해지고 대략 2800 mm의 직경을 갖는다. 트레이(108)는 반 원추형 또는 원통형으로 도시되어 있지만, 직사각형, 구형, 원통형, 평행 사변형 등을 포함하는 임의의 적절한 형상이 사용될 수 있다. 일부 예에서, 도시된 예의 트레이(108)는 방전 장치(예컨대, 드레인), 충전 장치(예를 들어, 다른 입구), 가열 또는 냉각 장치, 및/또는 재생 장치를 포함 할 수 있다. 일부 실시예에서, 트레이(108)는 저장실(206) 내의 부분 스트림을, 다른 트레이, 유입구 장치, 분배 장치(예를 들어, 유체 분배 장치)로 라우팅할 수 있으며 및/또는 냉각 및/또는 가열되게 라우팅할 수 있다. 일부 예에서, 트레이(108) 내의 유체 및/또는 트레이(108) 외부의 유체는 제거될 화합물의 농도 등에 대해 측정 및/또는 제어된다.
도 2b는 상기 리액터(100)의 종방향을 따른 도 1의 리액터(100)의 부분 단면도를 도시한다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 챔버(102) 및 트레이(108)의 원통형 외부 벽(202)은 환형 갭(123)을 정의하여 부분 유체 흐름이 이를 통해 흐를 수 있게 한다.
이 예에서, 격자형 플랫폼(208)은 상부 표면(116) 및/또는 격자형 플랫폼(208)에 인접한 천공 표면(209)상의 천공보다 더 넓은 개구를 갖는다. 또한, 도시된 예의 격자형 플랫폼(208)은 천공된 상부 표면(116) 및/또는 천공된 표면(209)보다 상대적으로 큰 두께를 갖는다. 일부 예에서, 상부 표면(116) 및/또는 천공된 표면(209)의 상기 천공들은 사각형, 육각형, 타원형, 슬롯 형, 삼각형, 오각형 모양 또는 벌집 모양 등일 수 있다. 일부 예에서, 중앙 리턴부(212)의 직경은 크로스플로우 리액터(100)의 길이를 따라 변한다.
도 3은 본 개시의 개시에 따른 다른 예시적인 크로스플로우 리액터(300)의 단면도를 도시한다. 예시적인 크로스플로우 리액터(300)는 챔버(예를 들어, 하우징, 인클로저, 공정 챔버 등)(302), 유입구(304), 유출구(306) 및 트레이 어셈블리(308)를 포함한다. 이 예에서, 트레이 어셈블리(308)는 저장 트레이(예, 환상의 저장 트레이, 환형 링 형상의 저장 트레이 등)(312, 316, 318, 320, 322, 324)를 포함하며, 중앙 리턴부(예를 들어, 중앙 채널)(311)를 형성한다. 이 예에서, 트레이 어셈블리는 트레이(312, 316, 318, 320, 322, 324)를 수직 적층으로 지지하기 위해 및 또는 트레이(312, 316, 318, 320, 322, 324)를 챔버(302)에 장착하기 위해 기계적 마운트 및/또는 부품(예를 들어, 트레이(312, 316, 318, 320, 322, 324) 상의 마운팅 스트럿, 립 및/또는 플랜지)도 포함한다. 도 3의 배향에서 도시된바 하향 방향으로 들어가는 벌크 물질(벌크 촉매 물질) 저장 트레이(312, 316, 318, 320, 322, 324)는 도 3에 도시된 배향의 하향 방향으로 상기 챔버(302)에 대해 증가하는 직경 및 감소하는 환형 갭(326)을 갖는다. 일부 예에서, 환형 갭은 비교적 일정하거나 유출구를 향하는 방향으로 증가한다. 또한, 이 예에서, 중앙 리턴부(31 1)는 지시된 하향 방향으로 직경이 증가한다. 일부 예에서 중앙 리턴부는 상대적으로 일정하거나 심지어는 직경이 감소할 수도 있다.
예시된 실시예의 벌크 물질(예를 들어, 벌크 촉매 물질) 저장 트레이(312, 316, 318, 320, 322, 324)는 벌크 물질을 저장하는데, 이 벌크 물질 저장 트레이는 이 예에서 링형 촉매이다. 다른 벌크 물질(예컨대, 벌크 촉매 물질) 형태가 사용될 수있다. 도시된 예의 벌크 물질(예컨대, 벌크 촉매 물질) 저장 트레이(312, 316, 318, 320, 322, 324) 각각은 트레이(312, 316, 318, 320, 322, 324)를 둘러싸는 환형 갭 내의 유체가 진입하고 벌크 물질(벌크 촉매 재료)에 의해 처리되게 하는 천공된 외부 환형 표면(328, 330, 332, 334, 336, 338)을 갖는다. 도시된 예의 트레이(312, 316, 318, 320, 322, 324)는 또한, 천공된 내부 환형 표면(340, 342, 344, 346, 348, 350)을 각각 갖는다.
작동 중에, 유체(예를 들어, 공정 유체)가 입구(304)에 진입한 후 유체는 환형 갭(326)을 통해 유동하고 트레이(312, 316, 318, 320, 322, 324)로 유동하는 부분 유체 스트림으로 세분되어, 압력 손실 및/또는 벌크 물질(예를 들어, 벌크 촉매 물질)의 분쇄를 감소시키기 위해 부분 유체 스트림을 통해 다수의 트레이를 통과하여 유체 유동을 분배한다. 도시된 예의 화살표(360)은 일반적으로 트레이(312, 316, 318, 320, 322, 324)로의 유동 경로를 나타낸다. 각각의 부분 스트림은 이 예에서 천공된 외부 환형 표면(328, 330)을 통해 트레이(312, 316, 318, 320, 322, 324)로 진입하고 내부에 저장된 벌크 물질(예를 들어, 벌크 촉매 물질)에 의해 처리되는 각각의 벌크 물질(예를 들어, 벌크 촉매 물질) 저장 영역을 통과한다. 부분 스트림은 각각의 트레이의 각각의 내부 환형 개구(340, 342, 344, 346, 348, 350)를 통과하여 부분 스트림이 결합하여 유출구(306)를 통해 크로스플로우 리액터(300)를 빠져나오는 중앙 리턴부(311)에 진입한다. 일부 예에서, 트레이(312, 316, 318, 320, 322, 324) 및/또는 그 일부는 서로 유체 연통할 수 있다(예를 들어, 적층된 트레이(312, 316, 320, 322, 324) 사이에 천공면이 있을 수 있다).
도 1의 크로스플로우 리액터(100)와 유사하게, 크로스플로우 리액터(300)는 촉매의 별도 트레이가 부분 유동을 받아 전체 흐름의 상당한 압력 및/또는 속도 손실을 피할 수 있게 한다. 또한, 벌크 물질(예를 들어 벌크 촉매 물질)을 0.0 내지 2.0의 비와 같은 특정한 높이 대 중량 비로 유지하는 것은 벌크 물질(예를 들어 벌크 촉매 물질)의 분쇄를 감소 및/또는 제거한다.
도 4a는 크로스플로우 리액터(300)의 종방향을 따른 도 3의 크로스플로우 리액터(300)의 예시적인 트레이(312)의 단면도이다. 도 3과 관련하여 전술한 바와 같이, 도시된 예의 트레이(312)는 이 예에서 천공된 외부 환형 표면(328), 내부 챔버(예를 들어 중앙 리턴부, 리턴 파이프 등)(311)를 정의하는 내부 천공된 환형 표면(340), 외부 환형 표면(328)을 내부 환형 표면(340)에 결합(예를 들어, 구조적으로 결합, 기계적 결합 등)하는 스팬(예를 들어, 지지체, 스팬 지지체 등)(406)을 포함한다. 외부 환형 표면(328), 스팬(406) 및 내부 환형 표면(340)은 벌크 물질(예를 들어, 벌크 촉매 물질, 링형 촉매)가 저장되는 벌크 물질 저장 영역(411)을 정의한다. 일부 예에서, 스팬(406)은 천공된다. 외부 환형 표면(328) 및 내부 환형 표면(340)의 천공된 표면은 외부 환형 표면(328)으로부터 내부 챔버(311)로 방사형 교차 흐름을 허용하며, 이는 본 실시예에서 유출구(306)로의 중앙 리턴부이다.
도 4b는 도 4a의 A-A 선에 따른 도 3의 예시적인 트레이(312)의 또 다른 단면도이다. 이 도면에서, 중앙 챔버(31) 및 벌크 물질 저장 영역(예컨대, 벌크 촉매 물질 저장 영역)(411)이 도시되어 있다. 또한, 도시된 예의 상부 표면(예를 들어, 제거 가능한 상부 표면)(412)은 일반적으로 편평하고 천공 또는 격자를 갖지 않으며, 도 1과 관련하여 상술한 예시적 리액터(100)에 관해 상기 도시된 적어도 부분적 수직방향 플로우와 대조적으로, 일반적으로 반경 내측 방향으로 유체의 크로스플로우를 유도한다(예를 들어, 트레이(312)의 중심을 향한 크로스플로우). 이 예에서, 트레이(312)는 대략 800 mm(밀리미터)의 높이 및 약 300 mm의 직경을 가지지 만, 이들 치수는 다른 예에서 변화될 수 있으며, 이 예시적인 예에 대해서만 언급된다.
도 4c는 도 3의 예시적인 트레이(312)의 외부 환형 표면(328)의 상세도이다. 이 예에서, 외부 환형 표면(328)의 천공(414)은 길이가 약 8mm이고 대응 반경이 2mm이다. 일부 예에서, 천공은 서로로부터 약 4mm 이격될 수 있다. 일부 예에서, 천공(414)의 위치 및/또는 간격은 트레이(312)의 상이한 방향에 따라 변할 수 있어서 트레이(312)를 통한 유동을 제어한다. 내부 환형 표면(340)상의 천공은 또한 유사한 치수를 가질 수 있다. 특정 유형의 벌크 물질에 대한 적절한 천공 크기(예: 천공 직경)를 선택하기 위해, 일부 예에서는 벌크 물질 크기 분포(예: 벌크 물질의 최소 직경) 및/또는 압력 분포 등을 고려하는 것이 일반적이다.
일부 예에서, 내부 환상면(340)의 천공의 크기 및/또는 간격은 벌크 물질(예를 들어, 벌크 촉매 물질) 저장 영역(411)에 함유된 벌크 물질을 통해 흐르는 유체의 반응(예를 들어, 체류 시간, 유동의 층류 및/또는 유동 분포 등)을 제어하기 위해 외부 환형 표면(328)으로부터 가변할 수 있다. 특정 예시적치수가 상기 설명되었지만, 임의의 적절한 치수, 기하학적 배치, 공간적 배치 및/또는 개구 기하학적 구조가 임의의 천공 또는 격자에 사용될 수 있다.
도 5는 수평 배향으로 작동되는 다른 예시적인 크로스플로우 리액터(500)의 예이다. 도시된 예의 크로스플로우 리액터(500)는 인클로저(504)에 이르는 유입구 채널(502), 인클로저(504) 밖으로 나가는 유출구 채널(506) 및 인클로저(504) 내에 배치된 트레이(508, 510)를 포함한다. 트레이(508)는 상부 표면(520)과 하부 표면(524)를 갖는다. 유사하게, 트레이(510)는 상부 표면(526) 및 하부 표면(528)을 갖는다.
작동시, 크로스플로우 리액터(500)에 의해 처리될 유체는 유입구 채널(502)에 제공되어 유출구(530, 532)를 향해 및 트레이(508, 510)로 유동하여 그 내부에 저장된 벌크 물질에 의해 처리된다. 이 예에서, 유입구 채널(502)은 유출구(532)를 향하는 방향으로 감소하는 단면을 갖는다. 유체가 유출구(530) 밖으로 이동함에 따라, 유체는 천공될 수 있거나 단일 개구를 가질 수 있는 상부 표면(520)을 통해 트레이(508) 내의 벌크 물질에 의해 그가 처리되는 트레이(508)로 통과한다. 마찬가지로, 유출구(532)로부터의 유체는 트레이(510) 내의 벌크 물질에 의해 처리되도록 상부 표면(526)을 통해 트레이(510) 내로 유동한다. 트레이(508, 510)로부터 처리되는 유체는 각각 트레이(508, 510)의 바닥면(524, 528)을 통해 빠져나가고, 처리 된 유체가 예시적인 크로스플로우 리액터(500)를 빠져나가는 유출구 채널(506)로 흐른다.
도 6은 도 1의 예시적인 크로스플로우 리액터(100)와 유사하지만 수평 구성의 또 다른 예시적인 크로스플로우 리액터(600)의 예이다. 크로스플로우 리액터(100)와 대조적으로, 예시적인 크로스플로우 리액터(600)는 인클로저(예를 들어, 하우징, 용기 등)(604)로 이어지는 유입구(602)와 상기 인클로저(604)를 빠져나오는 유출구(606)를 갖는다. 이 예에서, 유입구(602) 및 유출구(606)는 인클로저(604)를 통한 일반적인 유동 방향에 실질적으로 평행하다. 크로스플로우 리액터(100)와 대조적으로, 상기 크로스플로우 리액터는 유입구(602) 근방에서 캡핑되고 유출구(606) 근방에서 개방되는 리턴부(613)와 유체 연통하고 유체를 처리하기 위한 벌크 물질을 포함하는 트레이(612)에 이어지는 도관 유입구(610) 및 도관 유출구(611)를 갖는 하나 이상의 도관(608)을 갖는다. 도관(608)은 또한 유체가 천공된 출구면(618)으로 최종 트레이(616) 내로 유동하게 하는 유출구(614)를 포함한다. 이 예에서, 도관(608)은 유출구(606)를 향하는 방향으로 감소하는 단면 및/또는 직경을 갖는다.
작동시, 유체는 유입구(602)로 유입되어 유입구(610)를 통해 도관(608)으로 흐른다. 유체는 도관(608)을 통해 흐르고 유체의 일부는 각각의 트레이(612) 내부에 함유된 벌크 물질에 의해 처리될 트레이(612)를 통해 유동한다. 유체의 다른 부분은 유출구(614)로, 벌크 재료를 포함하는 최종 트레이(616)로 흐르고, 천공된 출구면(618)을 통해 최종 트레이 밖으로 나와서 유출구(606)를 통해 크로스플로우 리액터를 나가기 전에 리턴부(613)로부터의 유체와 수렴한다.
이 예에서, 트레이(612, 614)는 크로스플로우 리액터(600)에 배치되기 전에 벌크 물질로 채워지거나 및/또는 부분적으로 채워진다. 추가적으로 또는 대안적으로, 트레이(612, 614)는 트레이(612, 614)(612, 614)가 인클로저(604) 내에 있는 동안 트레이(612, 614) 내의 벌크 물질에 접근 및/또는 제공하기 위한 접근 가능한 도어(예를 들어, 유지 보수 도어)를 가진다. 부가적으로 또는 대안적으로, 인클로저(604)는 트레이(612, 614) 및/또는 트레이(612, 614)의 접근 도어에 접근하기 위한 개구(예, 도어, 접근 도어, 등)를 갖는다. 도시된 예의 트레이(612, 614) 및 인클로저(604)는 실질적으로 둥근 형상(예를 들어, 원형 또는 타원형)을 가지지 만, 일부 예에서, 트레이(612, 614) 및/또는 인클로저(604)는 직사각형 또는 다각형을 가질 수 있다.
도 7은 본 발명의 개시에 따른 예시적인 방법의 흐름도이다. 도 7의 예시적인 공정(700)은 산업 공정(예를 들어, 연소, 연소에 의해 증기 구동되는 것 등)으로부터의 유체가(예를 들어, 촉매 물질 등을 통해) 처리될 때 개시된다(블록 702). 유체는 공정 챔버의 유입구(예를 들어, 유입구(104), 유입구(304), 유입구 채널(502), 및 유입구(602) 등)를 통해 공정 챔버(예, 공정 챔버(102), 공정 챔버(302). 공정 챔버(504), 공정 챔버(604)에 제공된다(블록 704).
그리고 나서, 상기 흐름은 부분 스트림들로 분할된다(블록 706). 부분 스트림의 분할은 예를 들어 예시적인 크로스플로우 리액터(100, 300)로 도시된 바와 같은 공정 챔버의 트레이 둘레의 환형 갭을 통해 발생할 수 있다. 이 예에서, 인접한 트레이로 향하는 부분 스트림 중 적어도 2개는 사전 정의된, 조절된 및/또는 조절 가능한 유량 및/또는 유량 비를 갖는다. 일부 예에서, 배플, 파이프 및/또는 플로우 리다이렉터 등과 같은 장치는 부분 스트림을 분할 및/또는 추가로 유도하는데 사용된다. 일부 예에서, 서로에 대한 공정 챔버의 트레이들의 일반적인 위치는 상기 흐름 및 /또는 부분 스트림(예를 들어, 서로 평행하게 위치된 트레이 등)으로의 상기 흐름의 분할을 정의한다.
부분 스트림들은 그 다음 각각의 트레이로 유도 된다(블록 708). 특히, 유체 흐름의 부분 스트림은 예를 들어 트레이 내에 포함된 벌크 물질(예를 들어, 벌크 촉매 물질)을 통해 유동함으로써 처리될 각각의 트레이로 이동된다.
일부 예에서, 부분 스트림의 적어도 일부는, 각각의 트레이를 통해 유동한 후, 도 2a의 중앙 리턴부(212), 도 3의 중앙 리턴부(311), 또는 도 6의 중앙 리턴부(613)와 같은 리턴부로 유도된다(블록 710). 일부 예에서, 각각의 트레이를 통해 유동한 부분 스트림은 이어서 공정 챔버를 나간 후에 결합된 출구 흐름으로 합쳐진다(블록 712). 일부 예에서, 결합된 출구 흐름은 공정 챔버의 유출구를 향한다(블록 714). 다음으로, 상기 공정이 종료되어야 하는지가 결정된다(블록 716). 공정이 종료될 것으로 결정되면(블록 716), 공정은 종료된다(블록 718). 대안으로, 공정이 종료될 것으로 결정되지 않으면(블록 716), 상기 공정은 반복된다(블록 702).
전술한 내용으로부터, 상기 개시된 방법 및 장치는 최소의 압력 및/또는 속도 손실로 유체를 처리하기 위해 저렴한 벌크 물질을 사용하는 크로스플로우 리액터를 가능하게 한다는 것을 이해할 것이다.
특정 예시적인 방법, 장치 및 제조품이 본 발명에 개시되었지만, 이 특허의 적용 범위는 이에 제한되지 않는다. 반대로 이 특허는 이 특허 청구항의 범위 내에 있는 모든 방법, 장치 및 제조품을 포함한다.

Claims (32)

  1. 장치(100;300;500;600)로서,
    유체의 흐름이 유동하도록 유입구(104;304;502;602) 및 유출구(106;306;506;606)를 갖는 공정 챔버(102;302;504;604)와;
    상기 공정 챔버(102;302;504;604) 내에 배치되고 상기 유체와 상호 작용하거나 상기 유체를 처리하기 위한 벌크 물질을 함유하는 복수의 트레이들(108,110,112,114;312,316,318,320,322,324;508,510;612)과;
    상기 흐름을 복수의 부분 흐름(plurality of partial flow streams)으로 분할하기 위한 플로우 디렉터(123,124,125;326;502,530,532;608)를 포함하고,
    각각의 부분 흐름은 상기 복수의 트레이들(108,110,112,114;312,316,318,320,322,324;508,510;612) 중 적어도 하나의 트레이를 향해 유도되는 것인, 장치(100;300;500;600).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 트레이들(108,110,112,114)의 트레이의 개수는 상기 복수의 부분 흐름들의 부분 흐름의 개수와 동일한, 장치(100;300;500;600).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 트레이들(108,110,112,114;312,316,318,320,322,324;508,510;612)의 트레이의 개수는 상기 복수의 부분 흐름들의 부분 흐름의 개수보다 작은, 장치(100;300;500;600).
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
    적어도 하나 이상의, 바람직하게는 각각의 상기 부분 흐름은, 상기 복수의 트레이들(108,110,112,114) 중의 다른 트레이들의 적어도 일부를 우회하면서(bypassing), 특히 플로우 디렉터에 의해 상기 복수의 트레이들(108,110,112,114;312,316,318,320,322,324;508,510;612) 중 전용 트레이로 유도된 부분 흐름(directed partial flow stream)으로서 유도되는 것인, 장치(100;300;500;600).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유도된 부분 흐름 각각은 상기 복수의 트레이들(108,110,112,114;312,316,318,320,322,324;508,510;612) 중 전용 트레이 외에 어느 것도 우회하도록 유도되는 것인, 장치(100;300;500;600).
  6. 제1항 내지 제5항 중의 적어도 어느 한 항에 있어서,
    플로우 콜렉터(flow collector) 또는 리턴부(126;212;311;506)를 더 포함하여, 부분 흐름(partial flow streams), 특히 유도된 부분 흐름(directed partial flow streams)이 복수의 트레이들(108,110,112,114;312,316,318,320,322,324;508,510;612) 중의 하나의 트레이를 통과한 후에, 특히, 상기 트레이 내의 벌크 물질을 통과한 후에 또는 상기 트레이 내의 상기 벌크 물질에 의해 처리된 후에 상기 플로우 콜렉터 또는 리턴부를 향해 유도되는, 장치(100;300;500;600).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 플로우 컬렉터 또는 리턴부는 상기 부분 흐름을 트레이 내의 벌크 물질에 의한 처리 후에 상기 공정 챔버(102;302;504;604)의 유출구로 유도하는, 장치(100;300;500;600).
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    역류 디렉터를 더 포함하고, 상기 역류 디렉터는 부분 흐름의 적어도 일부, 특히 상기 유도된 부분 흐름을 상기 플로우 콜렉터 또는 리턴부를 향해 유도하며, 적어도 하나의 부분 역류로서 상기 장치의 유입구를 향해, 상기 플로우 디렉터 또는 상기 복수의 트레이들 중 적어도 하나의 트레이의 입구 측으로 유도되는, 장치(100;300;500;600).
  9. 제1항 내지 제8항 중의 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 흐름들(flow streams)은 실질적으로 유사한 유량(flow rates)을 갖는, 장치(100;300;500;600).
  10. 제1항 내지 제9항 중의 적어도 어느 한 항에 있어서,
    리턴부(return)를 더 포함하며, 상기 제1 및 제2 트레이는 각각의 부분 흐름이 상기 리턴부로 흐를 수 있게 하는 개구를 가지며, 상기 리턴부는 상기 유출구와 유체 연통하는, 장치(100;300;500;600).
  11. 제1항 내지 제10항 중의 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 벌크 물질은 불규칙 또는 규칙적인 형상의 고체(irregularly or regularly shaped solid bodies)를 포함하는, 장치(100;300;500;600).
  12. 제10항에 있어서,
    상기 불규칙 또는 규칙적인 형상의 고체는 볼 형(ball-type), 링 형(ring-type) 또는 디스크 형 바디(disk-type bodies) 또는 새들(saddles)을 포함하는, 장치(100;300;500;600).
  13. 제11항에 있어서,
    상기 벌크 물질은 촉매를 포함하는, 장치(100;300;500;600).
  14. 제1항 내지 제13항 중의 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로우 디렉터는 상기 제1 또는 제2 트레이들 중 적어도 하나의 주위에 환형 갭(123,124,125;326)을 포함하는, 장치(100;300;500;600).
  15. 제1항 내지 제14항 중의 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 트레이들의 적어도 하나는 상기 벌크 물질보다 작은 천공을 포함하는 표면을 갖는, 장치(100;300;500;600).
  16. 제1항 내지 제15항 중의 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 트레이들은 상기 공정 챔버(102;302;504;604)의 종방향을 따라서 서로에 대하여 위치하는, 장치(100;300;500;600).
  17. 제1항 내지 제16항 중의 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정 챔버(102;302;504;604)는 촉매 반응기를 포함하는, 장치(100;300;500;600).
  18. 제1항 내지 제17항 중의 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정 챔버(102;302;604)와 내부의 상기 복수의 트레이들(108,110,112,1 14;312,316,318,320,322,324;508,510;612)은 크로스플로우 리액터의 부품이며, 유체의 흐름을 허용하는 유입구 및 유출구와; 상기 크로스플로우 리액터의 하우징(102;302;504;604)을 갖으며, 상기 하우징(102;302;504;604)은 상기 트레이들과 상기 하우징(102;302;504;604) 사이에 환형 갭을 정의하며, 상기 트레이들(108,110,112,1 14;312,316,318,320,322,324;508,510;612)의 적어도 일부에서, 상기 유체의 일부는 각각의 트레이를 통해 유동하고, 상기 벌크 물질에 의해 처리되며, 상기 유체의 다른 부분은 상기 트레이들(108,110,112,114;312,316,318,320,322,324;508,510;612) 둘레에 환형 갭(123,124,125;326)을 통해 유동하는, 장치(100;300;600).
  19. 제18항에 있어서,
    리턴부(return)를 더 포함하고, 상기 트레이의 적어도 일부가 상기 리턴부와 유체 연통하는 개구를 갖고, 상기 리턴부는 트레이들(108,110,112,114;312,316,318,320,322,324;508,510;612)로부터 상기 유출구로 유체를 안내하는 것인, 장치(100;300;600).
  20. 제18항 또는 제19항 중의 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 리턴부는 상기 크로스플로우 리액터의 종방향 길이를 따라 가변하는 직경을 갖는, 장치(100;300;600).
  21. 제18항 내지 제20항 중의 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 트레이들의 적어도 일부는 개구 근처에서 테이퍼 형상(tapered-shape)을 갖는, 장치(100;300;600).
  22. 제18항 내지 제21항 중의 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 트레이들과 하우징(102;302;604) 사이의 환형 갭(123,124,125; 326)은 크로스플로우 리액터의 종방향 길이를 따라 가변하는, 장치(100;300;600).
  23. 제1항 내지 제17항 중의 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정 챔버(102;302;604)와 내부의 상기 복수의 트레이들(108,110,112,1 14;312,316,318,320,322,324;508,510;612)은 크로스플로우 리액터의 부품이고, 상기 트레이들은 벌크 재료를 함유하고, 상기 크로스플로우 리액터는 유체의 흐름을 허용하는 유입구 및 유출구를 갖으며, 각각의 상기 트레이는 상기 크로스플로우 리액터의 종방향을 따른 갭에 의해 분리되고, 상기 트레이는 실질적으로 원통 형상을 갖으며, 상기 크로스플로우 리액터는 상기 크로스플로우 리액터의 하우징(102;302;604)을 갖으며, 상기 하우징은 상기 트레이들과 상기 하우징(102;302;604) 사이의 환형 갭을 정의하고, 실질적으로 원통 형상을 하며, 상기 크로스플로우 리액터는 상기 유출구 및 상기 트레이들 중의 적어도 일부와 유체 연통하는 리턴부를 갖으며, 상기 트레이들(108,110,112,1 14;312,316,318,320,322,324;508,510;612)의 적어도 일부에서, 상기 유체의 일부는 상기 트레이들들(108,110,112,1 14;312,316,318,320,322,324;508,510;612) 내로 유동하고, 상기 벌크 물질에 의해 처리되어, 상기 리턴부로 유도되며, 상기 유체의 다른 부분은 상기 트레이들(108,110,112,114;312,316,318,320,322,324;508,510;612) 둘레에 유동하고, 상기 리턴부는 크로스플로우 리액터에 대해서 중심에 위치되는 것이 바람직한, 장치(100;300;600).
  24. 방법(700)으로서, 상기 방법은,
    공정 챔버(102;302;504;604)를 통하여 부분 스트림으로 유체의 흐름을 분할하는 단계로서, 각각의 스트림은 사전-정의된 유량을 갖는, 상기 분할 단계와;
    각각의 상기 부분 스트림을 상기 공정 챔버(102;302;504;604) 내부에 배치되고 상기 공정 챔버(102;302;504;604)의 종방향으로 서로에 대해 배열된 트레이들(108,110,112,114;312,316,318,320,322,324;508,510;612)로 유도하는 단계로서, 각각의 트레이(108,110,112,114;312,316,318,320,322,324;508,510;612)는 상기 유체와 상호작용하거나 상기 유체를 처리하기 위한 벌크 물질을 갖고, 상기 부분 스트림들 중의 적어도 두 개는 사전 정의된, 조절된, 조절 가능한 유량 및 유량 비를 갖는, 상기 유도 단계를 포함하는, 방법(700).
  25. 제24항에 있어서,
    상기 부분 스트림들 중의 적어도 두 개는 전용의 개별적인, 별도의 트레이들(dedicated individual, separated trays) 또는 인접한 트레이들로 유도되는, 방법(700).
  26. 제24항 또는 제25항 중의 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 부분 스트림들 중의 적어도 두 개가 실질적으로 유사한 유량을 갖는, 방법(700).
  27. 제24항 내지 제26항 중의 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정 챔버(102;302;504;604)는 촉매 반응기를 포함하는, 방법(700).
  28. 제24항 내지 제27항 중의 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 트레이를 빠져나가는 부분 스트림들을 출구 유동으로 결합하는 단계를 더 포함하는, 방법(700).
  29. 제24항 내지 제28항 중의 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 트레이들(108,110,112,114;312,316,318,320,322,324;508,510;612)의 적어도 일부가, 상기 부분 스트림들이 공정 챔버(102;302;504;604)를 빠져나가기 위해 상기 공정 챔버(102;302;504;604)의 중앙 리턴부와 유체 연통하는 개구를 갖는, 방법(700).
  30. 제24항 내지 제29항 중의 적어도 어느 한 항에 있어서,
    유체와 상호 작용하거나 상기 유체를 처리하기 위한 벌크 물질은 불규칙적으로 및/또는 규칙적으로 형상화된 고체로부터 선택되거나 또는 불규칙적으로 및/또는 규칙적으로 형상화된 고체를 포함하며, 상기 불규칙적으로 또는 규칙적으로 형상화된 고체는 바람직하게는 볼 형, 링 형, 디스크 형 바디 또는 새들로부터 선택되는, 방법(700).
  31. 제24항 내지 제30항 중의 적어도 어느 한 항에 있어서, 상기 트레이들(108,110,112,114;312,316,318,320,322,324;508,510;612)의 적어도 일부는 상기 벌크 물질보다 작은 천공을 포함하는 표면을 갖는, 방법(700).
  32. 제24항 내지 제31항 중의 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체의 흐름을 분할하는 단계는 상기 흐름의 일부가 트레이(108,110,112,114;312,316,318,320,322,324;508,510;612)의 외부 표면을 둘러싸는 환형 갭(123,124,125;326)을 통해 유동하는 것을 허용하는 단계를 포함하는, 방법(700).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200083769A (ko) * 2018-12-28 2020-07-09 한국가스공사 촉매 지지 구조물이 설치된 개질 반응관

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3603795B1 (de) * 2018-07-31 2022-04-06 Siemens Aktiengesellschaft Reaktor zum leiten von wenigstens zwei reaktanten und verfahren zum herstellen eines reaktors
CN113508220A (zh) * 2019-03-28 2021-10-15 庄信万丰股份有限公司 流体进料环及相关设备和方法
CN113088401B (zh) * 2021-04-01 2022-07-12 嘉兴学院 一种地沟油预处理系统
CN114146433A (zh) * 2021-12-21 2022-03-08 山东东阿东盛阿胶产品科技开发有限公司 用于人参葛根饮品有效成分提取的装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2327045A (en) * 1941-12-17 1943-08-17 Universal Oil Prod Co Catalytic reactor
US2338346A (en) * 1940-02-26 1944-01-04 Universal Oil Prod Co Apparatus for catalytic conversion reactions
US3996025A (en) * 1974-08-14 1976-12-07 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus for distributing flowing media from one flow cross section to a flow section different therefrom

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2443773A (en) 1940-08-24 1948-06-22 Phillips Petroleum Co Catalytic apparatus
US2315525A (en) 1941-09-10 1943-04-06 Universal Oil Prod Co Reaction vessel
JPS5638260B2 (ko) 1971-11-05 1981-09-05
US5466419A (en) * 1994-05-02 1995-11-14 Yount; Thomas L. Split flow reactor trays for vertical staged polycondensation reactors
DE19836289A1 (de) 1998-08-11 2000-02-17 Opel Adam Ag Reformer
DE10134470A1 (de) 2001-07-16 2003-01-30 Basf Ag Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffperoxid aus Wasserstoff und Sauerstoff
FR2932999B1 (fr) * 2008-06-27 2011-03-18 Inst Francais Du Petrole Nouveau systeme de distribution et de collecte des fluides dans une colonne multi etagee comportant un brise jet
WO2010103541A2 (en) * 2009-03-09 2010-09-16 Arvind Mallinath Lali Continuous countercurrent fluidized moving bed (fmb) and/or expanded moving bed (emb)
FR3002461B1 (fr) * 2013-02-22 2016-12-09 Ifp Energies Now Procede de separation des xylenes en lit mobile simule au moyen d'un solide adsorbant zeolithique de granulometrie comprise entre 150 et 500 microns
GB201308429D0 (en) 2013-05-10 2013-06-19 Johnson Matthey Plc Reactor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2338346A (en) * 1940-02-26 1944-01-04 Universal Oil Prod Co Apparatus for catalytic conversion reactions
US2327045A (en) * 1941-12-17 1943-08-17 Universal Oil Prod Co Catalytic reactor
US3996025A (en) * 1974-08-14 1976-12-07 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus for distributing flowing media from one flow cross section to a flow section different therefrom

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200083769A (ko) * 2018-12-28 2020-07-09 한국가스공사 촉매 지지 구조물이 설치된 개질 반응관

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